1.2.4 用接觸器直接控制電動機單向運轉的電路

采用手動刀開關控制電動機的電路雖然簡單，但只適用于不頻繁啟動的小容量電動機。如果要實現對較大容量的電動機的控制或遠距離控制和自動控制，就需要采用接觸器控制電路，它是實現電氣自動控制的主要手段。電路除前面介紹的刀開關外，接觸器控制電路所使用的電器還有熔斷器、接觸器、熱繼電器和按鈕開關等幾種低壓電器。

1. 熔斷器

熔斷器是一種結構簡單、使用方便、價格低廉、控制有效的短路保護電器，它串聯在電路中。當電路或用電設備發生短路時，熔體能自動熔斷，切斷電路，阻止事故蔓延，因而能實現短路保護。無論是在強電系統還是弱電系統中，熔斷器都得到了廣泛的應用。

熔斷器的外形和種類繁多，但其中常用的一些熔斷器的外形如圖1.7（a）所示，圖形符號和文字符號如圖1.7（b）所示。熔斷器主要由熔體（俗稱保險絲）和安裝熔體的熔管、或熔座組成，熔體是熔斷器的主要部分。其材料一般由熔點較低、電阻率較高的金屬材料鋁銻合金絲、鉛錫合金絲或銅絲制成。熔管是裝熔體的外殼，由陶瓷，絕緣鋼紙或玻璃纖維制成，在熔體熔斷時兼有滅弧作用，熔斷器的熔體與被保護的電路串聯。當電路正常工作時，熔體允許通過一定大小的電流而不熔斷。當電路發生短路或嚴重過載時，熔體中流過很大的故障電流，一旦電流產生的熱量達到熔體的熔點，熔體便熔斷，切斷電路，從而達到保護電路的目的。電動機控制電路中常用的熔斷器有插入式和螺旋式兩種。

（1）插入式（瓷插式）熔斷器

瓷插式熔斷器常用于380V及以下電壓等級的線路，作為配電支線或電氣設備的短路保護用，它的結構如圖1.7（c）所示。其結構由瓷底、靜觸點、瓷插件、動觸點及熔體等部件組成，熔體（熔絲）裝在瓷插件兩端的動觸點上，中間經過凸起部分。當熔體熔斷時，所產生的電弧被凸起部分隔開，使其迅速熄滅。更換熔體時可拔出瓷插件，操作安全，使用方便。其缺點是動、靜觸點間容易接觸不良，特別是裝在振動的機械上容易松脫，造成電動機斷相運行，而且不方便觀察熔體是否已熔斷。其系列代號為RC。

（2）螺旋式熔斷器

螺旋式熔斷器的分斷電流較大，可用于電壓等級500V及其以下、電流等級200A以下的電路中作為短路保護之用。螺旋式熔斷器結構如圖1.7（d）所示，螺旋式熔斷器由熔管及其支持件（瓷底座、瓷套和帶螺紋的瓷帽）組成。熔體裝在熔管內并填滿滅弧用的石英砂，熔管上端有一色點，是熔體熔斷的標志，熔體熔斷后色標脫落便需要更換熔管。在安裝時，注意將熔管的色點向上，通過瓷帽上的觀察孔以便觀察熔管的狀況。安裝使用時，注意將電源進線接瓷底座的下接線端，負荷線接與金屬螺紋殼相連的上接線端。螺旋式熔斷器體積小，熔管被瓷帽旋緊不容易因振動而松脫，常用在機床電路中。其系列代號為RL，常用的有RL1、RL6、RL7等系列。

常用的低壓熔斷器其型號的含義如下：

（3）封閉式熔斷器

封閉式熔斷器分有填料熔斷器和無填料熔斷器兩種。有填料熔斷器一般用方形瓷管，內裝石英砂及熔體，分斷能力強，用于電壓等級500V以下、電流等級1000A以下的電路中。無填料密閉式熔斷器將熔體裝入密閉式圓筒中，分斷能力稍小，用于500V以下、600A以下電力網或配電設備中。

（4）快速熔斷器

快速熔斷器主要用于半導體整流元件或整流裝置的短路保護。由于半導體元件的過載能力很低。只能在極短時間內承受較大的過載電流，因此要求短路保護具有快速熔斷的能力。快速熔斷器的結構與有填料封閉式熔斷器基本相同，但熔體材料和形狀不同，它是以銀片沖制的有V形深槽的變截面熔體。

（5）自復熔斷器

自復熔斷器是采用金屬鈉做熔體，在常溫下具有高電導率。當電路發生短路故障時，短路電流產生高溫使鈉迅速汽化，汽態鈉呈現高阻態，從而限制了短路電流。當短路電流消失后，溫度下降，金屬鈉恢復原來的良好導電性能。自復熔斷器只能限制短路電流，不能真正分斷電路。其優點是不必更換熔體，能重復使用。

熔斷器的主要技術參數有額定電壓、額定電流和熔體（熔絲）的額定電流，選用時應保證熔斷器的額定電壓大于或等于線路的額定電壓，熔斷器的額定電流大于或等于熔體的額定電流，而熔體的額定電流則根據不同的負載及其負荷電流的大小來選定。具體計算方法可參考實訓配套教材中的對應內容。

2. 接觸器

接觸器是一種自動化的控制電器。接觸器主要用于頻繁接通或分斷交、直流電路，具有控制容量大，可遠距離操作，配合繼電器可以實現定時操作、連鎖控制、各種定量控制和失壓及欠壓保護，廣泛應用于自動控制電路，其主要控制對象是電動機，也可用于控制其他電力負載，如電熱器、照明、電焊機、電容器組等。接觸器按被控電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器。這里主要介紹常用的交流接觸器。

常用的幾種交流接觸器的外形如圖1.8所示。目前常用的國產型號的交流接觸器有CJ10、CJ12、CJ20系列產品。其中CJ10為國產老型號產品；CJ20為國內20世紀80年代開發的新產品，可取代CJ10系列；CJ12系列主要用于冶金、礦山機械及起重機等設備中。

常用交流接觸器型號的含義是

交流接觸器從結構上可分為電磁系統、觸點系統和滅弧裝置三大部分。如圖1.9（a）所示為交流接觸器的基本結構和工作原理示意圖。圖1.9（b）為接觸器的圖形符號，文字符號為KM。

接觸器的電磁系統由靜鐵芯、動鐵芯、電磁線圈組成。

觸點系統包括主觸點和輔助觸點。主觸點一般為三極動合觸點，用于控制三相負載的主電路，由于主觸點通過的電流較大，一般配有滅弧罩，在切斷電路時產生的電弧在滅弧罩內被分割、冷卻而迅速熄火。輔助觸點又分為動合和動斷觸點兩種，用于控制電流較小的控制電路，一般額定電流值為5A。

接觸器的滅弧系統分為雙觸點橋式結構滅弧，如圖1.10所示把觸點一分為二，可以減小電弧的形成，另外主觸點還配有滅弧罩。

接觸器的工作原理：當電磁線圈通電后，產生的電磁吸力將動鐵芯往下吸，帶動動觸點向下運動，使動斷觸點斷開、動合觸點閉合，從而分斷和接通電路。當線圈斷電時，動鐵芯在反作用彈簧的作用下向上彈回原位，動合觸點重新斷開，動斷觸點重新接通。由此可見，接觸器實際上是一個電磁開關，它由電磁線圈電路控制主觸點開關的動作。

近年來交流接觸器還有許多引進國外技術生產的新產品，如3TB和3TF系列、LC1-D系列、B系列等，這些產品的特點在于其結構和材質有所改進，體積小，并采用“積木式”＇組合結構，可與多種附件組裝以增加觸點數量及擴大使用功能，使用更加靈活方便。

有關交流接觸器的選擇、安裝方法，可參考實訓配套教材中的對應內容。

3. 熱繼電器

熱繼電器是繼電器中的一種，常用做電動機的過載保護。繼電器是根據一定的物理量信號的變化來接通或分斷小電流電路的自動控制電器。繼電器實質上是一種傳遞信號的電器，它根據特定形式的輸入信號而動作，從而達到控制的目的。繼電器一般不用來直接控制主電路，而是通過接觸器或其他電器來對主電路進行控制。與接觸器相比較，繼電器的觸頭通常接在控制電路中，觸頭斷流容量較小，一般不需要滅弧裝置，但對繼電器動作的準確性則要求較高。

繼電器主要由感測機構、中間機構、執行機構三部分構成，實行對控制信號的發出、轉換和傳遞。繼電器種類很多，應用廣泛，按照用途可分為控制繼電器和保護繼電器，若按照檢測的輸入信號分，有電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、熱繼電器與溫度繼電器、速度繼電器、壓力繼電器等。

由于交流異步電動機的過負載能力比較弱，在實際應用中，電動機所拖動的機械負載的功率經常無規律地變化，如果電動機的容量選得過小，容易出現“小馬拉大車”的過載狀況，電動機繞組會因經常過載發熱而使絕緣老化，縮短工作壽命。為了充分發揮設備的潛力，既要允許電動機短時過載，又要防止電動機長時間過載運行，這就是對電動機進行過載保護的目的和要求。而熱繼電器正是根據電動機過載保護的需要而設計的，它利用電流熱效應原理和反時限特性，當熱量積聚到一定程度時，使觸點斷開切斷電路，實現對電動機的過載保護。

熱繼電器的種類多樣，按其結構和動作原理分為雙金屬片式、熱敏電阻式、易熔合金式以及電子式等幾種。熱繼電器的文字符號為FR，其外形和圖形符號如圖1.11所示。

目前使用最普遍的是雙金屬片式熱繼電器，常用的有JR0、JR15、JR16、JR20等系列。其中JR15為兩相結構，其余大多為三相結構，并可帶斷相保護裝置。JR20為更新換代產品，用來與CJ20型交流接觸器配套使用。其型號的含義如下：

例如，JR16-20/3D型，表示為JR16系列熱繼電器，額定電流20A，三相結構，“D”表示帶斷相保護裝置。一種型號的熱繼電器可配有若干種不同規格的熱元件，并有一定的調節范圍，選用時應根據電動機的額定電流來選擇熱元件，并用調節旋鈕將其整定在電動機額定電流的0.95～1.05倍，在使用中再根據電動機的過載能力進行調節。

雙金屬片式熱繼電器具有結構簡單、成本較低，且有良好的反時限特性（電流與動作時間成反比，即電流越大，動作時間越短），其結構如圖1.12所示。其基本工作原理：雙金屬片是由兩種熱膨脹系數不同的金屬材料壓合而成的，繞在雙金屬片外面的發熱元件串聯在電動機的主電路中。當電動機過載時，過載電流通過串聯在定子電路中的電阻絲1，過載電流產生的熱量大于正常的發熱量，雙金屬片2受熱膨脹，因膨脹系數不同，膨脹系數較大的左邊一片的下端向右彎曲；電流越大，過載時間越長，熱量積累越多，雙金屬片彎曲越大，當達到一定程度時，通過導板3推動補償雙金屬片4使推桿5繞軸轉動，帶動杠桿6，使它繞軸7轉動，將常閉觸點8斷開。此外，9為電流調節旋鈕，10為復位按鈕，11為自動/手動復位選擇調節螺釘。

熱繼電器動作后，要等一段時間，待雙金屬片冷卻后，才能使觸點復位，還可以通過調節自動/手動復位選擇調節螺釘選擇手動復位。熱繼電器動作電流值的大小可用位于復位按鈕旁邊的旋鈕進行調節。有關熱繼電器的選用、安裝、調整方法可參閱實訓配套教材中的對應內容。

必須注意：上面介紹的熔斷器和熱繼電器這兩種保護電器，都是利用電流的熱效應原理進行過流保護的，但它們的動作原理不同，用途也有所不同，不能混淆。熔斷器是由熔體直接受熱而在瞬間迅速熔斷，主要用做短路保護；為避免在電動機啟動時熔斷，應選擇熔體的額定電流大于電動機的額定電流，因此在電動機過載量不大時，熔斷器不會熔斷，所以熔斷器不宜用做電動機的過載保護。而熱繼電器動作有一定的慣性延時，在過流時不可能迅速切斷電路，絕不能用做短路保護。為了使電動機控制電路有比較好的保護性能，應該是熔斷器和熱繼電器同時使用。

4. 按鈕開關

按鈕開關是一種手動電器，常稱做控制按鈕或按鈕，主要用于人們對電路發出控制指令，作為一種主令電器，按鈕常用于接通和分斷控制電路。其外形、內部結構和圖形符號如圖1.13所示。按鈕的文字符號是SB，由圖1.13（b）可見：當按下按鈕帽時，由推桿帶動上面的動斷觸點先斷開，下面的動合觸點后閉合；當松開時，在復位彈簧作用下觸點復位，動作順序相反，下邊的動合觸點先斷開，上邊的動斷觸點后閉合，在分析電路的控制原理時要注意動作次序。

按鈕開關的種類很多，有單個的，也有兩個或數個組合的；有不同觸點類型和數目的；根據使用需要還有帶指示燈的和旋鈕式、鑰匙開啟式、鎖閉式的，等等。國產型號有LA10、LA18、LA19、LA20、LA25等系列，其中LA25為更新換代產品；引進國外技術生產的有LAZ等系列。按鈕開關的型號含義如下：

為了便于操作人員識別，避免發生誤操作，生產中用不同的顏色和符號來區分按鈕的功能及作用，不能亂用，特別是紅色按鈕，一定是用于停止控制。常用按鈕的顏色及含義見表1.1。

接觸器控制電動機單向運轉的電路如圖1.14所示。該電路是以電氣控制原理圖的形式畫出，對于一些使用電器元件較多的電路，為了便于表達和對控制原理進行分析，圖中所采用的電器元件一律使用圖形符號和文字符號，在分析其工作原理之前，先簡單介紹一下電氣原理圖的構成和讀圖方法。

電氣原理圖主要反映電氣設備和線路的工作原理，而不反映電器元件的實際結構、安裝位置和連線情況，在讀圖時應注意以下幾點：

① 在電氣原理圖中，電器的元（部）件是按其功能而不是按其結構畫在一起的。在圖1.14中，接觸器KM的主觸點、輔助動合觸點和電磁線圈就分別畫在主電路和控制電路中，熱繼電器FR的熱元件和動斷觸點也是如此。但應注意，同一電器的所有部件必須用相同的文字符號標注，例如KM1、KM2等。

②電路圖中各電器應是未通電時的狀態，即按電路的“常態”畫出。機械開關應是未受作用前的自由狀態。

③ 電氣原理圖分電源電路、主電路、控制電路和輔助電路。如在圖1.14中，電源電路為從三相電源到刀開關QS；主電路從熔斷器FU1、接觸器KM的主觸點、熱繼電器FR的熱元件到三相異步電動機的電路；控制電路則為接觸器KM的電磁線圈的回路；輔助電路包括信號指示、檢測等電路（該圖上沒有這一部分電路）。

④ 一般電源電路水平畫于電路圖的上方；主電路垂直畫在左側；控制電路和其他輔助電路垂直畫在右側，且電路按動作順序和信號流程從左至右排列。

⑤ 如果電路比較復雜，還可以在圖的上方和下方標明圖區號和控制功能，便于查找分析。

圖1.14接觸器控制電動機單向運轉電路的工作原理和操作過程如下：

① 合上電源開關QS：接通電源。

② 啟動控制：

③ 停止控制：

④ 過載保護：

在上面的電路中，由于接觸器KM的輔助動合觸點與啟動按鈕SB2 并聯，當松開SB2后，KM的電磁線圈仍能依靠其輔助動合觸點保持通電，使電動機能連續運行，這一作用稱為“自鎖”（或自保持），KM的輔助動合觸點也稱為自鎖觸點。顯然，如果沒有接自鎖觸點，當按下SB2時，電動機運行，一旦松手，電動機即停轉，這稱為“點動”控制。

利用接觸器控制的電動機電路，除了由熔斷器FU1、FU2 實行短路保護和熱繼電器FR實現對電動機的過載保護外，還具有接觸器本身具有的另兩種保護功能：失壓保護和欠壓保護。

（1）失壓保護

上述電路如在工作中突然停電而又恢復供電，由于接觸器KM斷電時自鎖觸點已斷開，這就保證了在沒有再次按下啟動按鈕SB2 時接觸器KM不動作，因此不會因電動機自行啟動而造成設備和人身事故。這種在突然停電時能夠自動切斷電動機電源的保護功能稱為失壓（或零壓）保護，由接觸器KM實現。

（2）欠壓保護

上述電路如果電源電壓過低（如降至額定電壓的85%以下），則接觸器線圈產生的電磁吸力不足，接觸器會在復位彈簧的作用下釋放，從而切斷電動機電源，防止電動機在電壓不足的情況下運行，這種保護功能稱為欠壓保護，同樣由接觸器KM實現。

在實際應用中，電動機采用接觸器控制的電氣線路還可以根據需要調整其控制功能，例如圖1.15所示為一個既能間歇工作（點動控制）又能連續運行（自鎖控制）的控制電路。

控制原理如下：

（1）自鎖控制

按下SB2后，自鎖控制動作原理與圖1.14電路啟動控制過程一樣。

（2）點動控制

放開SB3→動合觸點復位斷開→接觸器KM的線圈斷電→電動機M停止